Android小知识-ActivityManagerService详解(APP启动过程)

前言

AMS（ActivityManagerService）的启动是在SystemServer进程中启动的，它的职责是用于和所有APP的四大组件进行通信，Activity的启动过程就是APP端与AMS端进行通信，首先理解的一点是APP端与AMS是在两个不同的进程中，因此APP端与AMS是通过跨进程通信的。

从Launcher启动APP

Launcher就是指手机的屏幕，同时它也是一个APP，只不过这是由制造商开发的，手指点击屏幕的某个APP，这时APP启动并打开首页的界面，这一系列操作需要和AMS进行通信才能完成，APP安装（启动）时，PackageManagerService从APK包的AndroidManifest文件中读取四大组件的信息并保存下来。

下图是Launcher与AMS的通信时序图：

Launcher与APP是在两个不同的进程中，他们之间的通信是通过Binder完成的，点击Launcher上的某个APP，这时会调用Launcher的startActivitySafely方法。

public boolean startActivitySafely(View v, Intent intent, ItemInfo item) {
    ...
    intent.addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK);//1
    ...
    startActivity(intent, optsBundle);//2
    ...
}
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上面代码我省略了一些不太重要的，重点看上面两行代码，第一行给intent设置Flag为Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK，Activity会在新的任务栈中启动，第二行代码调用startActivity方法，很简单，就是启动APP中的Activity。

最终会调用Activity的startActivity方法，Intent中携带的就是需要启动的APP的Activity信息。startActivity方法最终会调用startActivityForResult方法，代码如下：

@Override
public void startActivity(Intent intent) {
   this.startActivity(intent, null);
}

@Override
public void startActivity(Intent intent, @Nullable Bundle options) {
   if (options != null) {
       startActivityForResult(intent, -1, options);
   } else {
       // Note we want to go through this call for compatibility with
       // applications that may have overridden the method.
       startActivityForResult(intent, -1);
   }
}



public void startActivityForResult(@RequiresPermission Intent intent, int requestCode,
                                  @Nullable Bundle options) {
   ...
   Instrumentation.ActivityResult ar =
           mInstrumentation.execStartActivity(
                   this, mMainThread.getApplicationThread(), mToken, this,
                   intent, requestCode, options);
   ...
}
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Activity内部会保持一个对Instrumentation的引用，Instrumentation主要用来监控应用程序和系统的交互，在startActivityForResult方法中会调用Instrumentation的execStartActivity方法，在execStartActivity方法的第二个参数中，可以看到一个mMainThread的变量，这是一个ActivityThread类型的变量，ActivityThread就是主线程，也就是我们平常所说的UI线程，它是在APP启动时创建的，代表APP应用程序，ActivityThread里面有个main函数，是APP启动时的入口。

execStartActivity方法传递了两个很重要的参数，mMainThread.getApplicationThread（Binder对象）将Launcher所在的进程传递了过去，这样AMS知道是哪个进程；还有一个比较重要的是mToken，它是Binder对象，代表Launcher这个Activity也通过Instrumentation传给AMS，AMS查询时，就知道谁向AMS发起了请求。

Instrumentation的execStartActivity代码如下：

public Instrumentation.ActivityResult execStartActivity(
        Context who, IBinder contextThread, IBinder token, Activity target,
        Intent intent, int requestCode, Bundle options) {
   ...
    try {
        ...
        int result = ActivityManager.getService()
                .startActivity(whoThread, who.getBasePackageName(), intent,
                        intent.resolveTypeIfNeeded(who.getContentResolver()),
                        token, target != null ? target.mEmbeddedID : null,
                        requestCode, 0, null, options);
        ...
    } catch (RemoteException e) {
        throw new RuntimeException("Failure from system", e);
    }
    return null;
}
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这里通过ActivityManager的getService方法来获取AMS的代理对象（Android 7.0是通过ActivityManagerNative的getDefault来获取AMS的代理对象），返回一个类型为IActivityManager，IActivityManager是一个接口，内部定义了四大组件的生命周期，

public static IActivityManager getService() {
    return IActivityManagerSingleton.get();
}

private static final Singleton<IActivityManager> IActivityManagerSingleton =
        new Singleton<IActivityManager>() {
            @Override
            protected IActivityManager create() {
                final IBinder b = ServiceManager.getService(Context.ACTIVITY_SERVICE);
                final IActivityManager am = IActivityManager.Stub.asInterface(b);
                return am;
            }
        };
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Singleton是一个单例类，内部通过ServiceManager取出一个activity的对象，通过IActivityManager.Stub.asInterface将它包装成一个ActivityManagerProxy对象（AMP），IActivityManager.Stub.asInterface这段代码是不是很熟悉，就是AIDL远程代理，这里获取到的是AMS的代理对象。

AMP告诉AMS启动哪个APP，并且启动的是哪个Activity，AMS会检查APP中的AndroidManifest文件，看看是否存在要启动的Activity，如果不存在，就会抛出一个Activity not found的错误。AMS检查到启动的Activity存在，这时会告诉Launcher：“我要启动Activity了”，Launcher会将它所在的进程传给AMS，AMS会将它保存为一个ActivityRecord对象，这个对象里面有一个ApplicationThreadProxy，是一个Binder代理，AMS想要发送消息给Launcher，可以通过ApplicationThreadProxy（ATP）来发送消息，ATP是APP端ApplicationThread（APT）的代理对象，用于AMS与APP端的通信。

既然AMS知道了启动的Activity，接下来就应该启动Activity，在启动Activity之前，AMS需要告诉Launcher“我要启动了，你可以暂停了“，时序图如下：

中间通过ApplicationThreadProxy向APP端的ApplicationThread发送消息，ApplicationThread接受到AMS的消息后，调用ActivityThread的sendMessage方法，向Launcher的主线程消息队列发送一个PAUSE_ACTIVITY消息。

@Override
public void handlePauseActivity(IBinder token, boolean finished, boolean userLeaving,
                                int configChanges, PendingTransactionActions pendingActions, String reason) {
    //获取Launcher的Activity
    ActivityClientRecord r = mActivities.get(token);
    if (r != null) {
        if (userLeaving) {
            performUserLeavingActivity(r);
        }

        r.activity.mConfigChangeFlags |= configChanges;
        performPauseActivity(r, finished, reason, pendingActions);

        // Make sure any pending writes are now committed.
        if (r.isPreHoneycomb()) {
            QueuedWork.waitToFinish();
        }
        mSomeActivitiesChanged = true;
    }
}
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handlePauseActivity方法中从mActivities集合中，获取Launcher的Activity并让他休眠。

到这里Launcher与AMS之间的通信就结束了，接下来的事情就是启动APP中的Activity，因为是首次启动，APP的进程不存在，需要创建一个新的进程，需要调用Process.start方法，并且指定了ActivityThread的main函数为入口函数：

int pid=Process.start("android.app.ActivityThread",
        mSimpleProcessManagement ? app.processName:gid,
        debugFlags,
        null);
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为新进程创建ActivityThread对象，也就是UI线程，同时执行入口函数main，其中创建一个主线程Looper，也就是MainLooper。

另外创建Application，主线程序会收到BIND_APPLICATION消息：

public void handleMessage(Message msg) {
    ...
    switch (msg.what) {
        case BIND_APPLICATION:
            Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "bindApplication");
            AppBindData data = (AppBindData)msg.obj;
            handleBindApplication(data);
            Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
            break;
            ...
    }
    ...
}
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根据传递过来的ApplicationInfo创建一个对应的LoadedApk对象，然后创建ContextImpl对象，接着通过反射创建目标Application，并调用attach方法，将ContextImpl对象设置为目标Application的上下文环境，最后调用Application的onCreate函数。

创建完APP后，APP端通知AMS创建完毕同时把ActivityThread对象发送给AMS，同时AMS端把ActivityThread对象转换成一个ActivityThreadProxy对象，之后AMS可以向APP端发送消息，通过ActivityThreadProxy这个代理对象。

public void callActivityOnCreate(Activity activity, Bundle icicle) {
    prePerformCreate(activity);
    activity.performCreate(icicle);
    postPerformCreate(activity);
}
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ActivityThread接受到AMS的消息，在H中发送LAUNCH_ACTIVITY消息，调用handleLaunchActivity方法，在该方法中通过Instrumentation的newActivity方法，创建要启动的Activity实例，为这个Activity创建一个上下文Context对象，并与Activity关联，通过Instrumentation的callActivityOnCreate方法，执行Activity的onCreate方法，从而启动Activity，至此APP启动完毕。

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